Питання до лабораторної роботи
1. Які дисперсні системи називають суспензією?
2. Які розміри повинні мати частки дисперсної системи для того, щоб був можливий седиментаційний аналіз суспензії?
3. Що називають седиментаційною кривою суспензії?
4. Як відрізнити монодисперсну суспензію від бідисперсної?
5. Які величини можна визначити за математичною обробкою седиментаційної кривої?
6. Від чого залежить швидкість осідання часток суспензії?
7. Як визначити число фракцій дисперсної фази в суспензії?
8. Як за допомогою седиментаційного методу визначити розміри часток у грубодисперсній (r >10–5 м) системі?
9. Які частки (дрібні, середні, великі) переважають у дослідженій суспензії? Доведіть.
10. Яку інформацію можна отримати з аналізу диференціальної кривої седиментаційного аналізу .
Література: [1] 73 – 81, [2] 34 – 38, 184 – 201; [3] 220 – 239, [4] 110 – 121.
Лабораторна робота № 5 «в’язкість»
Перед тим, як починати виконувати роботу, присвячену вивченню в’язкості розчинів, слід самостійно ознайомитись з кількісною характеристикою динамічної в’язкості (рівняння Ньютона та Пуазейля), віскозиметричним методом визначення в’язкості та молярної маси високомолекулярних сполук (ВМС), рівнянням Ейнштейна для в’язкості колоїдних розчинів та межами його застосування, а також рівняннями Штаудингера та Марка–Куна–Хаувінка .
Стислі теоретичні відомості
Між шарами рідини,
що рухаються один відносно одного з
різними швидкостями, виникає сила
внутрішнього тертя F. За Ньютоном
така сила пропорційна добутку поверхні
дотику шарів рідини S та градієнту
швидкості
:
|
(5.1) |
,де du – зміна швидкості при переході від одного елементарного шару рідини до іншого; dx – відстань між шарами. Коефіцієнт пропорційності в рівнянні (5.1) є коефіцієнтом внутрішнього тертя або динамічною в’язкістю (скорочено – в’язкість). У відповідності до (5.1) в’язкість має розмірність Па·с. Рідини, для яких є справедливою формула (5.1), називаються ньютонівськими.
У випадку ламінарної
течії об’ємна швидкість витікання
ньютонівської в’язкої нестисливої
рідини крізь тонку циліндричну трубку
визначається законом Пуазейля:
|
(5.2) |
,
де V – об’єм рідини з в’язкістю , що витікає крізь капіляр довжиною l та радіусом r за час ; Р – різниця тисків на кінцях капіляра.
З рівняння (5.2) видно, що в’язкість рідини можна визначити, вимірюючи час витікання певного об’єму рідини за гідродинамічного тиску Р крізь капіляр з відомими параметрами:
|
(5.3) |
При визначенні
в’язкості рідини зазвичай використовують
порівняльний метод. Якщо час витікання
однакових об’ємів двох різних рідин
крізь такий самий капіляр дорівнює
(для стандартної рідини) та
(для досліджуваної рідини), то згідно з
(5.3) відношення в’язкостей досліджуваної
та стандартної рідин складає
|
(5.4) |
Оскільки
висота рівня обох рідин при вимірюванні
є однаковою, то відношення гідродинамічних
тисків на кінці капілярної трубки
дорівнює відношенню густин, тобто
.
Отже, формула для визначення в’язкості
досліджуваної рідини набуває вигляду:
|
(5.5) |
Віскозиметр – прилад для вимірювання в’язкості (рис. 18) – має вигляд U-подібної трубки з капіляром в одному із колін. Капіляр зверху сполучається з кулькою, об’єм якої визначається мітками «a» і «б». В широке коліно віскозиметра піпеткою наливають певний об’єм стандартної рідини, засмоктують її за допомогою гумової трубки і груші через капіляр у кульку вище мітки «а» і дають вільно витікати. Час витікання об’єму рідини, що знаходиться між мітками «а» і «б», вимірюють за допомогою секундоміра.
|
Рис. 18. Капілярний віскозиметр |
Таблиця 5.1. Температурна залежність в’язкості води 0, Па∙с
t, 0С |
12 |
13 |
14 |
15 |
16 |
17 |
18 |
19 |
0·103 |
1,236 |
1,203 |
1,171 |
1,140 |
1,111 |
1,083 |
1,056 |
1,029 |
t, 0С |
20 |
21 |
22 |
23 |
24 |
25 |
26 |
27 |
0·103 |
1,005 |
0,981 |
0,958 |
0,936 |
0,914 |
0,894 |
0,874 |
0,854 |